JPS6152424B2 - - Google Patents
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- JPS6152424B2 JPS6152424B2 JP54029151A JP2915179A JPS6152424B2 JP S6152424 B2 JPS6152424 B2 JP S6152424B2 JP 54029151 A JP54029151 A JP 54029151A JP 2915179 A JP2915179 A JP 2915179A JP S6152424 B2 JPS6152424 B2 JP S6152424B2
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- circuit
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は低コストで速い応答性と安定した動作
のできる湿度制御回路を提供することを目的とす
るものである。
のできる湿度制御回路を提供することを目的とす
るものである。
従来、湿度の検出，制御には毛髪や特殊な化学
繊維の湿度による伸縮を利用した湿度制御装置が
あるが、精度が悪く、かつ応答性が遅い等の欠点
を有している。また湿度による潮解性塩のイオン
伝導の変化や、導電性微粒子を含む合成樹脂の膨
潤性を利用し、電気抵抗値の変化として検出する
もの等があるが、精度，応答性，安定性，価格の
点で満足出来るものがない。
繊維の湿度による伸縮を利用した湿度制御装置が
あるが、精度が悪く、かつ応答性が遅い等の欠点
を有している。また湿度による潮解性塩のイオン
伝導の変化や、導電性微粒子を含む合成樹脂の膨
潤性を利用し、電気抵抗値の変化として検出する
もの等があるが、精度，応答性，安定性，価格の
点で満足出来るものがない。
本発明は、湿度検出素子として、金属基体の上
に誘電体性陽極酸化被膜を形成しその上に二酸化
マンガンのような半導体金属酸化物被膜を形成す
ることにより製造された容量変化型の湿度検出素
子を用い、前記目的を達成するためになされたも
のである。容量変化型湿度検出素子（以下湿度検
出素子と略す）は応答が早く比較的精度が良く、
安価に製造可能であるという特長を有している。
ただこの湿度検出素子を容量素子という観点から
見ると、等価直列抵抗が高くtanδが大きいの
で、精度良く計測するには、この湿度検出素子を
抵抗を通じて充電し、その電圧が電源電圧の0.6
〜0.7になるまでの時間を計測するのが一番精度
の高い測定方法である。
に誘電体性陽極酸化被膜を形成しその上に二酸化
マンガンのような半導体金属酸化物被膜を形成す
ることにより製造された容量変化型の湿度検出素
子を用い、前記目的を達成するためになされたも
のである。容量変化型湿度検出素子（以下湿度検
出素子と略す）は応答が早く比較的精度が良く、
安価に製造可能であるという特長を有している。
ただこの湿度検出素子を容量素子という観点から
見ると、等価直列抵抗が高くtanδが大きいの
で、精度良く計測するには、この湿度検出素子を
抵抗を通じて充電し、その電圧が電源電圧の0.6
〜0.7になるまでの時間を計測するのが一番精度
の高い測定方法である。
本発明による基本構成の湿度制御回路を第１
図，及びタイミングチヤートを第２図に示し、説
明する。
図，及びタイミングチヤートを第２図に示し、説
明する。
第１図の１がパルス幅発生器であり、固定した
パルス幅又は任意に設定したパルス幅が得られ
る。２はスイツチであり前記パルス幅発生器から
の信号により駆動されオン，オフ動作をする。
パルス幅又は任意に設定したパルス幅が得られ
る。２はスイツチであり前記パルス幅発生器から
の信号により駆動されオン，オフ動作をする。
RHは容量変化型湿度検出素子で、R1の抵抗と
により時定数回路が構成され、前記スイツチによ
つて充放電動作が得られる。
により時定数回路が構成され、前記スイツチによ
つて充放電動作が得られる。
３は電圧比較器であり、湿度の大小によつて得
られた充放電レベルを比較基準電圧（R2とR3で
得られる）により比較判定されて出力される。
られた充放電レベルを比較基準電圧（R2とR3で
得られる）により比較判定されて出力される。
次に動作を第１図と第２図とを対応させて説明
すると、まずパルス幅発生器からイ点波形が発生
されているとすると、スイツチ２はこの周期に応
じてオン，オフを繰返すと同時に、抵抗R1を介
し容量変化型湿度センサRHに充放電が行なわ
れ、ロ点波形が得られ、（この実施例では充電の
レベルを検出する様に説明する）３の電圧比較器
の一方の入力端子に印加される。一方抵抗R2と
抵抗R3により基準電圧、ハ点電圧を得る様にし
前記電圧比較器のもう一方の入力端子に印加され
る。
すると、まずパルス幅発生器からイ点波形が発生
されているとすると、スイツチ２はこの周期に応
じてオン，オフを繰返すと同時に、抵抗R1を介
し容量変化型湿度センサRHに充放電が行なわ
れ、ロ点波形が得られ、（この実施例では充電の
レベルを検出する様に説明する）３の電圧比較器
の一方の入力端子に印加される。一方抵抗R2と
抵抗R3により基準電圧、ハ点電圧を得る様にし
前記電圧比較器のもう一方の入力端子に印加され
る。
この２つの入力電圧によつて電圧比較器が動作
する。この様子をタイミングチヤートによるとま
ずイ点波形のt0〜t1（２のスイツチはオフであ
る）は湿度によるRHの容量が小さいときを仮定
したときのものであり、R1との時定数は小さく
ロ点波形はすみやかにハ点電圧（基準電圧）まで
達し、電圧比較器の出力が反転しニ点波形が得ら
れる。
する。この様子をタイミングチヤートによるとま
ずイ点波形のt0〜t1（２のスイツチはオフであ
る）は湿度によるRHの容量が小さいときを仮定
したときのものであり、R1との時定数は小さく
ロ点波形はすみやかにハ点電圧（基準電圧）まで
達し、電圧比較器の出力が反転しニ点波形が得ら
れる。
次にt1〜t2間は２のスイツチがオンし、RHに充
電された電圧は急激に放電し、電圧レベルもハ点
電圧以下となるので電圧比較器の出力は再度反転
され初期の状態にもどる。
電された電圧は急激に放電し、電圧レベルもハ点
電圧以下となるので電圧比較器の出力は再度反転
され初期の状態にもどる。
次のt2〜t3は湿度によりRHの容量がt0〜t1間よ
りも少し増大した時のものであり、回路動作はt0
〜t1と同じであるが電圧比較器の出力（二点波
形）が得られるパルス幅が、RHの容量値が増大
した事に対応してせまくなるだけである。t3〜t4
は放電動作で前述と同様である。
りも少し増大した時のものであり、回路動作はt0
〜t1と同じであるが電圧比較器の出力（二点波
形）が得られるパルス幅が、RHの容量値が増大
した事に対応してせまくなるだけである。t3〜t4
は放電動作で前述と同様である。
次にt4〜t5は湿度により、一層RHの容量が増大
した場合であり、R1との時定数が大きくなり、t4
〜t5はパルス幅（時間）内にRHへの充電レベル
がハ点電圧までに達しきれない状態を示してい
る。この時は電圧比較器の出力は、反転せず、何
ら変化しない。
した場合であり、R1との時定数が大きくなり、t4
〜t5はパルス幅（時間）内にRHへの充電レベル
がハ点電圧までに達しきれない状態を示してい
る。この時は電圧比較器の出力は、反転せず、何
ら変化しない。
又t5〜t6間は前述と同様放電動作をする。な
お、ある湿度値を基準に出力信号を得たい場合は
（第１図の実施例の場合） Ｔ：第１図のスイツチ２のオフ時間 ＣRH：容量変化型湿度検出素子RHの容量値と
すると Ｔ＞−ＣRH・R1・ｅo（１−Ｒ３／Ｒ２＋Ｒ３） で得られるため、 Ｔ（パルス幅発生器で得られるパルス幅又は周
期）R1の値、R2又はR3の値のいずれかを適当な
値に設定することにより任意な湿度値の検知が可
能となり、調湿回路等が構成できる。
お、ある湿度値を基準に出力信号を得たい場合は
（第１図の実施例の場合） Ｔ：第１図のスイツチ２のオフ時間 ＣRH：容量変化型湿度検出素子RHの容量値と
すると Ｔ＞−ＣRH・R1・ｅo（１−Ｒ３／Ｒ２＋Ｒ３） で得られるため、 Ｔ（パルス幅発生器で得られるパルス幅又は周
期）R1の値、R2又はR3の値のいずれかを適当な
値に設定することにより任意な湿度値の検知が可
能となり、調湿回路等が構成できる。
次に本発明による最小限の部品点数で精度よく
動作する湿度制御回路の具体例を第３図に示す。
RHが湿度検出素子（相対湿度に対応して容量が
変化する）でCOMPがRHで検出した相対湿度に
対応する充電電圧を比較出力する電圧比較器、
OSCはパルス幅が任意に設定可能なパルス幅発
生器である。
動作する湿度制御回路の具体例を第３図に示す。
RHが湿度検出素子（相対湿度に対応して容量が
変化する）でCOMPがRHで検出した相対湿度に
対応する充電電圧を比較出力する電圧比較器、
OSCはパルス幅が任意に設定可能なパルス幅発
生器である。
ここでRHへの充電時間を設定する。C1は相対
湿度の大小によりCOMPで出力されたパルスを一
時的に充電するチヤージポンプである。INVは例
えばＣ―MOS等の高入力インピーダンスの反転
器であり、C1に充電された電圧レベルがINV自身
の有するスレシホールド電圧をこえれば出力が反
転する。その出力の一部をR4の抵抗を介し
COMPの入力に帰還し、ヒステリシスを得る。各
部の動作状態を第４図のタイミングチヤートを基
に述べる。
湿度の大小によりCOMPで出力されたパルスを一
時的に充電するチヤージポンプである。INVは例
えばＣ―MOS等の高入力インピーダンスの反転
器であり、C1に充電された電圧レベルがINV自身
の有するスレシホールド電圧をこえれば出力が反
転する。その出力の一部をR4の抵抗を介し
COMPの入力に帰還し、ヒステリシスを得る。各
部の動作状態を第４図のタイミングチヤートを基
に述べる。
第３図のOSC部に付属している可変抵抗器VR
又は任意に切換設定できる固定抵抗であり、この
抵抗値により相対湿度設定に対応するパルス幅の
可変が可能であり、第４図ホ点波形が得られたと
すると、t0〜t1間は“Ｈ”レベルであるためQ1の
トランジスタはオン状態になり（Q1はＶCE(SAT)
を低くするため逆接続している）イ点電圧はOV
又はOV近辺でとなる。次にt1〜t2に至るとホ点波
形は“Ｌ”レベルとなりQ1はオフ状態となつ
て、R1を介しRHに充電が開始される。その充電
時間はRHの容量に比例する。この時基準電圧
（ロ点電圧）までに達する時間がイ点波形Ａ（湿
度の低い時に相当）の様に、t1〜t2間以内であれ
ば、COMP出力にハ点波形が得られる。この出力
波形は、ホ点波形が“Ｌ”かつイ点電圧がロ点電
圧以上の時のみ出力されるため繰返しのパルス波
となる。しかしこの繰返しパルス波では制御装置
（加湿器，除湿器等）をコントロールするには不
適当であるため、COMP出力をR5を介しC1へ一
時的に充電する回路を設ける。この回路でCOMP
出力に現われたパルス波を充電し、次の時間のパ
ルス波が来るまでは一定レベルを保持できるよう
R6とで時定数を決定する。この一定レベルとは
INV（反転器）のスレシホールド電圧であり、こ
のスレシホールド電圧を境にしてINV出力の状態
が変化しニ点波形t′1が得られる。
又は任意に切換設定できる固定抵抗であり、この
抵抗値により相対湿度設定に対応するパルス幅の
可変が可能であり、第４図ホ点波形が得られたと
すると、t0〜t1間は“Ｈ”レベルであるためQ1の
トランジスタはオン状態になり（Q1はＶCE(SAT)
を低くするため逆接続している）イ点電圧はOV
又はOV近辺でとなる。次にt1〜t2に至るとホ点波
形は“Ｌ”レベルとなりQ1はオフ状態となつ
て、R1を介しRHに充電が開始される。その充電
時間はRHの容量に比例する。この時基準電圧
（ロ点電圧）までに達する時間がイ点波形Ａ（湿
度の低い時に相当）の様に、t1〜t2間以内であれ
ば、COMP出力にハ点波形が得られる。この出力
波形は、ホ点波形が“Ｌ”かつイ点電圧がロ点電
圧以上の時のみ出力されるため繰返しのパルス波
となる。しかしこの繰返しパルス波では制御装置
（加湿器，除湿器等）をコントロールするには不
適当であるため、COMP出力をR5を介しC1へ一
時的に充電する回路を設ける。この回路でCOMP
出力に現われたパルス波を充電し、次の時間のパ
ルス波が来るまでは一定レベルを保持できるよう
R6とで時定数を決定する。この一定レベルとは
INV（反転器）のスレシホールド電圧であり、こ
のスレシホールド電圧を境にしてINV出力の状態
が変化しニ点波形t′1が得られる。
又ニ点波形が変化すると、本実施例ではニ点波
形が“Ｌ”レベルとなり、同時にR4を介しロ点
電圧が、ΔＶだけ下げられヒステリシスを得る。
ヒステリシスは出力信号のチヤタリングや外来ノ
イズの影響を少なくする上で用いる。
形が“Ｌ”レベルとなり、同時にR4を介しロ点
電圧が、ΔＶだけ下げられヒステリシスを得る。
ヒステリシスは出力信号のチヤタリングや外来ノ
イズの影響を少なくする上で用いる。
すなわち設定湿度に対し出力信号を出力及び出
力を解除する設定値に幅をもたせる様に作動す
る。次にt2〜t3間に進行したとするとホ点波形は
“Ｈ”となりQ1がオンし、RHは放電され、
COMP出力はオープンされC1はR6で徐々に放電
（ハ点波形の点線部分）されるが前述の如く時定
数を考慮しているためINVとを反転するには至ら
ない。次にt3〜t4に進行した時、RHの容量値が相
対湿度の変化により増大し、t3〜t4間の時間内に
イ点電圧がロ点電圧（初期のロ点電圧よりΔＶだ
け低い値）まで上昇しきれなかつたとすると（イ
点波形Ｂ）COMP出力は何ら変化せず、ハ点波形
は放電を続けるのみであり、やがでINVのスレシ
ホールド電圧以下になるとINV出力は反転し、ニ
点波形t′2となる様に動作し、同時にR4を介しロ
点電圧が初期の値にもどる。
力を解除する設定値に幅をもたせる様に作動す
る。次にt2〜t3間に進行したとするとホ点波形は
“Ｈ”となりQ1がオンし、RHは放電され、
COMP出力はオープンされC1はR6で徐々に放電
（ハ点波形の点線部分）されるが前述の如く時定
数を考慮しているためINVとを反転するには至ら
ない。次にt3〜t4に進行した時、RHの容量値が相
対湿度の変化により増大し、t3〜t4間の時間内に
イ点電圧がロ点電圧（初期のロ点電圧よりΔＶだ
け低い値）まで上昇しきれなかつたとすると（イ
点波形Ｂ）COMP出力は何ら変化せず、ハ点波形
は放電を続けるのみであり、やがでINVのスレシ
ホールド電圧以下になるとINV出力は反転し、ニ
点波形t′2となる様に動作し、同時にR4を介しロ
点電圧が初期の値にもどる。
すなわち設定された相対湿度に対し高湿から低
湿に変化する時は設定された相対湿度値で出力さ
れるが設定された相対湿度に対し低湿から高湿に
変化した時は設定された相対湿度値より少し高い
湿度で出力が除湿され前述のヒステリシス動作が
得られる。この出力信号を電力増巾器等を用いれ
ば加湿器，除湿器等を動作させることができる。
湿に変化する時は設定された相対湿度値で出力さ
れるが設定された相対湿度に対し低湿から高湿に
変化した時は設定された相対湿度値より少し高い
湿度で出力が除湿され前述のヒステリシス動作が
得られる。この出力信号を電力増巾器等を用いれ
ば加湿器，除湿器等を動作させることができる。
次に本発明の他の実施例を第５図，第６図に示
す。
す。
基本構成は第３図と同一であるがヒステリシス
を得るための帰還方法が異なるのみである。第５
図は出力状態をINV2でさらに反転し、R4の抵
抗、Ｄのダイオードを介してR1とRHの時定数を
変化させてヒステリシスを得る様に構成してい
る。この方式の特長は前述（第３図の方式）に比
較すると、相対湿度に対するヒステリシスの変化
幅を一定にできる特長を有する。
を得るための帰還方法が異なるのみである。第５
図は出力状態をINV2でさらに反転し、R4の抵
抗、Ｄのダイオードを介してR1とRHの時定数を
変化させてヒステリシスを得る様に構成してい
る。この方式の特長は前述（第３図の方式）に比
較すると、相対湿度に対するヒステリシスの変化
幅を一定にできる特長を有する。
又第６図では出力をOSC部に帰還し、相対湿
度に対応する様設定されるパルス幅を任意設定用
VRに直列に接続されたR0の抵抗をオン，オフす
ることによりヒステリシスを得ている。
度に対応する様設定されるパルス幅を任意設定用
VRに直列に接続されたR0の抵抗をオン，オフす
ることによりヒステリシスを得ている。
特長は第３図と同様相対湿度に対するヒステリ
シスの変化幅を一定にできる。
シスの変化幅を一定にできる。
以上のように本発明によるインピーダンス測定
法ではないので、発振器に安定性のよい歪の少な
いサイン波を用いる必要はなく、論理ゲートやイ
ンバータ等のデイジタルICによる方形波の発振
器が使用でき、発振器の出力レベルの変動による
精度への影響は全くなく、又電源電圧の変動によ
る。時定数（RHとR1による）が変化しても、電
圧比較器の基準電圧も同じ様に等比で変動するた
め精度への影響が非常に少ない。
法ではないので、発振器に安定性のよい歪の少な
いサイン波を用いる必要はなく、論理ゲートやイ
ンバータ等のデイジタルICによる方形波の発振
器が使用でき、発振器の出力レベルの変動による
精度への影響は全くなく、又電源電圧の変動によ
る。時定数（RHとR1による）が変化しても、電
圧比較器の基準電圧も同じ様に等比で変動するた
め精度への影響が非常に少ない。
又RHが湿度に対応して比較的大なる容量絶対
値（0.02μＦ）で変化するため、インピーダンス
が低く、ノイズによる影響を受けにくいと共に、
RHとR1による時定数を構成するのにR1を比較的
低い値（30KΩ前後）が使用できるため、電圧比
較器にはトランジスタを２〜３個組合せた程度の
入力インピーダンスのものでも充分使用できるな
ど、回路が非常に簡素化でき、しかも前記の如く
精度も比較的良いなど、コスト面での特長が大で
ある。
値（0.02μＦ）で変化するため、インピーダンス
が低く、ノイズによる影響を受けにくいと共に、
RHとR1による時定数を構成するのにR1を比較的
低い値（30KΩ前後）が使用できるため、電圧比
較器にはトランジスタを２〜３個組合せた程度の
入力インピーダンスのものでも充分使用できるな
ど、回路が非常に簡素化でき、しかも前記の如く
精度も比較的良いなど、コスト面での特長が大で
ある。
このため、加湿器，除湿器等の空調機器や、
VTR、複写機等湿度により誤動作するのを防止
する回路に適用が可能である。
VTR、複写機等湿度により誤動作するのを防止
する回路に適用が可能である。
第１図は本発明に先立ち考えられた湿度制御回
路のブロツク図、第２図は同回路の波形図、第３
図は本発明の一実施例における湿度制御回路のブ
ロツク図、第４図は同回路の波形図、第５図は同
他の実施例における回路のブロツク図、第６図は
さらに他の実施例における回路のブロツク図であ
る。 １……パルス幅発生器、２……スイツチ、RH
……容量変化型湿度検出素子、R1……抵抗、３
……電圧比較器。
路のブロツク図、第２図は同回路の波形図、第３
図は本発明の一実施例における湿度制御回路のブ
ロツク図、第４図は同回路の波形図、第５図は同
他の実施例における回路のブロツク図、第６図は
さらに他の実施例における回路のブロツク図であ
る。 １……パルス幅発生器、２……スイツチ、RH
……容量変化型湿度検出素子、R1……抵抗、３
……電圧比較器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 湿度を容量に変換する容量変化型湿度検出素
子を充放電させる回路と、前記容量変化型湿度検
出素子を充放電させる回路と、それを駆動するた
めの所定幅のパルスを発生するパルス発生器と、
前記容量変化型湿度検出素子を前記パルス発生器
からのパルスで充放電させた時に、そのパルス幅
内における充電又は放電時の電圧を所定レベル値
と比較し、その大小に応じた２値信号を出力する
比較回路を備えたことを特徴とする湿度制御回
路。 ２ 出力の一部を比較回路の基準電圧源に帰還
し、前記基準電圧のレベルを変化させることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の湿度制御回
路。 ３ 出力の一部を充電又は放電時定数回路に帰還
し、充電又は放電時定数を変化させることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の湿度制御回
路。 ４ 出力の一部をパルス幅発生器に帰還すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の湿度制
御回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2915179A JPS55121145A (en) | 1979-03-12 | 1979-03-12 | Humidity control circuit |
| GB8008388A GB2045442B (en) | 1979-03-12 | 1980-03-12 | Measuring and controlling humidity |
| US06/318,552 US4449188A (en) | 1979-03-12 | 1981-11-05 | Apparatus and method for controlling humidity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2915179A JPS55121145A (en) | 1979-03-12 | 1979-03-12 | Humidity control circuit |
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| JPS55121145A JPS55121145A (en) | 1980-09-18 |
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Family
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Family Applications (1)
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| JP2915179A Granted JPS55121145A (en) | 1979-03-12 | 1979-03-12 | Humidity control circuit |
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| US4449188A (en) | 1984-05-15 |
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